Nel mio laboratorio, è in corso uno studio rivolto alla mappatura genetica del cane da ferma. Studiando il modo in cui i geni influiscono sugli istinti attraverso le attività cerebrali, potremo portare alla luce i fondamentali principi della neuroscienza. Tale ricerca è molto importante perché è necessario comprendere prima i normali meccanismi biologici del comportamento naturale e poi quelli anomali che provocano la malattia mentale.

Quella che segue è una descrizione del comportamento del cane da ferma, da un punto di vista genetico. Molti dei punti seguenti sono particolarmente rilevanti per la ricerca proposta. In primo luogo, le caratteristiche selezionate in allevamento, come il comportamento del cane da ferma, sono legate generalmente a geni di grande effetto. Questo accade perché la selezione artificiale agisce sulle differenze osservabili e queste tendono a derivare da importanti influenze geniche. In secondo luogo, esistono approssimativamente 50 razze nel mondo, che possiedono un grado distinguibile di istinto alla ferma. Anche se tra loro presentano variazioni di intensità e qualità, ognuna di queste mostra una maggiore propensione alla ferma rispetto a tutte le altre razze. Una domanda chiave è se le razze da ferma hanno ereditato geni identici da antenati comuni. E’ possibile che l’istinto si sia evoluto indipendentemente molte volte e che i geni per la ferma siano unici per una data razza. Tuttavia, la spiegazione più probabile è che tale istinto abbia preso un singolo percorso evolutivo e che i geni in questione, siano stati condivisi dalle razze attraverso una discendenza diretta. Questa è la tesi principale sulla quale si basa la nostra ricerca e può essere approfondita dalla moderna analisi del DNA.

BACKGROUND

La storia naturale del cane è caratterizzata dall’innovazione biologica – dalla comparsa apparentemente improvvisa dei caratteri che sono stati osservati per secoli. Le strutture dei mantelli, che hanno protetto i cani da caccia dai climi rigidi, i modelli funzionali che hanno permesso ai cani da pastore di condurre i greggi, e perfino il desiderio e la particolare determinazione del San Bernardo nel soccorso agli alpinisti, sono tutti esempi di ingegnosità naturale manifestata nel cane.

Queste caratteristiche sono state coltivate e mantenute dalla selezione artificiale. L’uomo ha favorito cani eccezionali, fornendo così alla specie, un vantaggio evolutivo e provocando una distribuzione genica sproporzionata nelle generazioni successive. Effettivamente i cani moderni sono i discendenti di animali straordinari le cui genealogie sono rimaste intatte per secoli.

Anche se queste linee di sangue erano nobili, gli allevatori hanno cercato di migliorarle insistentemente. I miglioramenti spontanei erano molto rari e derivavano maggiormente da altre popolazioni canine. L’outcross permetteva di introdurre i geni desiderati e i successivi linebreeding diluivano quelli indesiderati.

Questo era il metodo più usato per rendere il cane maggiormente utile; la giustificazione per la costruzione di nuove razze. I predecessori delle razze appartenevano a varietà locali ed avevano acquisito un aspetto uniforme, provocato dall’isolamento e l’indirizzamento genetico . L’uomo diede a questi gruppi uno scopo, introducendo geni prescelti per il miglioramento degli istinti. Cani che presentavano un grande talento per la conduzione o la ricerca, venivano reclutati per lunghi periodi di tempo, al fine di produrre linee di sangue con la più alta percentuale di geni causativi. In questo modo, il contributo genetico di un singolo cane, poteva alterare irrevocabilmente il corso evolutivo di un’intera popolazione. Attraverso la gestione degli accoppiamenti e delle nuove combinazioni genetiche, gli allevatori più abili potevano facilmente adattare i loro cani al clima, al terreno e alle mansioni richieste. Questo è stato il sistema di allevamento adottato per secoli, che ha riscontrato un successo incredibile.

LA GENEALOGIA DELLE RAZZE DA FERMA

La diffusione del comportamento tipico del cane da ferma, dimostra come l’istinto ad una certa mansione, è stato fissato intenzionalmente in diverse varietà Europee. Le storia delle razze, suggerisce che i primi cani da ferma erano di origine Spagnola: la razza chiamata Perdiguero Navarro. Questi primi esemplari possedevano probabilmente solo uno dei due geni del cane da punta, dunque esibivano delle capacità non molto sviluppate. Ciò nonostante, tale comportamento iniziale era desiderabile quanto bastava, per essere selezionato e propagato. Col diffondersi dell’espressione “attitudine comportamentale”, i cani che possedevano maggior talento diventarono pregiati. Gli allevatori delle terre più lontane, non avrebbero rinunciato ai loro cani locali per le importazioni mediterranee, ma potevano acquisire in modo selettivo alcuni dei loro geni. Un singolo outcross introduceva i geni dei cani da ferma, mentre la serie successiva di backcross richiamavano le virtù dei tipi originali. In questo modo i cani locali, che già possedevano eccellenti capacità di caccia ed una buona adattabilità alla geografia e al clima dei territori, potevano acquisire una nuova caratteristica: la punta. Quando i geni utili a rinforzare questo comportamento divennero disponibili, esemplari eccezionali (e i loro geni) vennero ancora una volta utilizzati per potenziare le linee di sangue, attraverso le stesse tecniche di incrocio.

La variazione di tale istinto, oggi osservabile tra le diverse razze, suggerisce un percorso storico nel quale i suddetti geni interessarono tutto il continente Europeo. I cani Italiani e Spagnoli ad esempio, esibiscono un istinto alla punta meno intenso rispetto ai Pointer e i Setter Inglesi. Le prime potrebbero effettivamente rappresentare l’istinto all’origine, mentre le seconde potrebbero esprimere tutto l’insieme dei geni intensificati nel tempo.

La diversa intensità di istinto, tra le varie razze da ferma, è anche il simbolo del cambiamento storico nel paradigma dell’allevamento. Se oggi venissero utilizzate le stesse pratiche di selezione di un tempo, i geni d’intensificazione, manifestatesi successivamente all’evoluzione naturale dell’istinto, sarebbero ritornati alle razze Mediterranee e tutte le razze da ferma odierne, potrebbero presentare uguale istinto. Ma questo non si è verificato, soprattutto per l’avvento dei Kennel Club, che hanno limitato il flusso genetico.

SVILUPPO DELLE RAZZE MODERNE

La variazione genetica, che potrebbe essere utilizzata per migliorare le linee di sangue, era illimitata date le migliaia di anni di addomesticazione canina. Qualsiasi gene, indipendentemente dall’origine, era disponibile per raffinare la forma e migliorare la funzione. Intorno al 1800, i Kennel Club cambiarono profondamente quelli che erano gli obiettivi di partenza – dalla creazione di nuove razze al mantenimento di quelle già definite.

Molte razze rischiarono di estinguersi durante gli anni della Rivoluzione Industriale, sia perché le loro attitudini non erano più necessarie e sia perché non potevano concorrere con quelle che possedevano le capacità richieste di quel periodo. La nascita dei Kennel Club era rivolta alla conservazione delle razze, soprattutto dove le funzionalità tipiche erano diminuite. Questo fu possibile attribuendo alle razze nuovi parametri estetici e funzionali e sostituendo la capacità di prestazione con il livello di purezza. Anche se questo fissò i geni per l’estetica, destabilizzò quelli responsabili delle capacità attitudinali.

Durante lo scorso secolo, le differenti priorità degli allevatori, suddivisero nettamente molte popolazioni di razze, provocando la divergenza tra le linee di sangue da esposizione, lavoro e compagnia. Ciascuna di queste rappresenta una razza pura, ma per caratteristiche differenti tra loro. Ironicamente, nessuna riflette probabilmente i cani esistiti 150 anni fa. Gli allevatori hanno applicato costantemente la pressione selettiva con la conseguenza che le linee di sangue hanno continuato ad evolversi. Questo ha provocato in alcuni casi la notevole difformità tra i cani da lavoro e quelli da bellezza, all’interno di una razza. Tali differenze sono ereditabili e dunque favorevoli alla mappatura genetica. Confrontando il DNA canino con quello di alcune sottopopolazioni distinte, è possibile rilevare i geni responsabili delle differenze ereditate, specialmente se queste sono influenzate da geni di grande effetto.

GENI DI GRANDE EFFETTO

Durante la domesticazione, le caratteristiche selezionate dall’uomo erano legate a geni di grande effetto. L’uomo può applicare la pressione selettiva solo su quelle caratteristiche distinguibili. Di conseguenza, i geni di maggior rilevanza, vengono catturati dalla rete della selezione artificiale. Questo spiega chiaramente il contrasto tra la selezione artificiale e quella naturale, che può agire su differenze impercettibili durante i millenni , provocando un cambiamento evolutivo.

I decenni di ricerca genetica sui vegetali, hanno confermato le aspettative riguardanti i geni di maggior influenza. La selezione attuata dall’uomo, durante i millenni, ha trasformato le piante selvatiche in raccolti utili. I geni che venivano selezionati miglioravano la produzione e facilitavano i raccolti, attraverso sistemi talmente efficaci da giungere fino alla nostra epoca. Esperimenti recenti sulla mappatura genetica hanno mostrato che la maggior parte delle differenze tra le piante domestiche e le loro progenitrici selvatiche, sono state influenzate da un numero ristretto di geni di grande effetto.

Si presume che le caratteristiche desiderabili nell’allevamento canino, siano similmente dovute a geni di maggior effetto. Le architetture genetiche relative alle caratteristiche estetiche, selezionate artificialmente , sono probabilmente legate a geni di facile controllo. Ciò si verifica anche per la caratteristiche comportamentali apparentemente complesse. La differenza tra un cane che punta con alta intensità e uno che non punta affatto, coinvolge sicuramente i maggiori geni. Questi ultimi sono rilevabili attraverso le nuove tecnologie genetiche che forniscono potenza e precisione senza precedenti.

MAPPATURA GENETICA DEI CANI DA PUNTA

I progressi della genetica canina, oggi permettono di identificare persino geni di moderato effetto. Il codice genetico del cane è stato decifrato nel 2005 da un team della Mit/Harvard, fornendo ai genetisti le coordinate fisiche di ogni gene nel genoma canino. Le tecnologie del DNA, in passato disponibili solo per gli studi su topi o esseri umani, adesso sono disponibili anche per la ricerca canina. Un nuovo “gene chip” per il cane, permette il sequenziamento di 100,000 marker genetici da un semplice campione di sangue, potenziando la mappatura genetica di 100 volte. Gli strumenti di nuova generazione, per il sequenziamento del DNA, permettono di rilevare con esattezza, singole variazioni tra milioni di lettere di codice. Nel loro insieme, tali progressi stanno rivoluzionando la genetica veterinaria e stanno accelerando la scoperta dei geni responsabili delle malattie. Le nuove tecnologie inoltre, consentono di indagare su questi preziosi dati per portare alla luce i geni che sono stati condivisi attraverso comuni ascendenti per migliaia di anni, durante l’evoluzione del cane.

Questi sistemi avanzati, sono utilizzati attualmente nel progetto “pointing” all’Università di Davis in California. La nostra ricerca implica numerosi esperimenti che hanno lo scopo particolare di identificare i geni maggiori che influenzano l’istinto alla ferma. Sono proprio le nuove tecnologie a rendere possibile tale progetto, ma il successo dipende da quali informazioni riusciremo a ricavare dai campioni di DNA in nostro possesso.

Al momento, i campioni vengono prelevati da cani appartenenti a privati. Abbiamo classificato le razze in un modo che riflette presumibilmente i gradi di ascendenza comune e dei geni condivisi. La prima classe, raggruppa le razze nelle quali l’istinto alla punta è stato fissato, cosicché tutti i cani lo possedessero in modo consistente; questa classe include le razze generalmente registrate nell’American Field. La seconda classe riguarda le razze che presentano variazioni di istinto; tra queste, solo i cani realmente migliori vengono scelti. La terza classe comprende quelle che possiedono una frazione ancora più piccola di vero talento; solitamente, si tratta di razze divenute popolari nei ring delle esposizioni di bellezza e nelle quali solo alcune linee di sangue sembrano aver mantenuto i geni maggiori dell’istinto alla punta. Stiamo cercando le informazioni che potrebbero aiutarci ad individuare tali linee di sangue.

La ragione per la quale abbiamo coinvolto più razze nello studio, in opposizione al metodo classico che prevede la focalizzazione su quelle più importanti, è piuttosto logica e favorisce l’efficacia dei confronti genetici. Immaginiamo ad esempio di avere a disposizione il genoma di 100 Pointer Inglesi e che le sequenze del DNA fossero già allineate. Molte sequenze genetiche sarebbero identiche tra loro pur appartenendo a cani diversi. I geni maggiori e minori responsabili dell’istinto sarebbero uguali, e allo stesso modo, anche quelli relativi al tipo del Pointer sarebbero gli stessi. Ulteriori geni potrebbero essere identici anche per i legami parentali, tra i membri della razza. Analizzare il DNA di una o solo poche razze, non aiuterà a individuare i geni legati all’istinto da punta, in uguali background genetici. Includere razze originarie da ceppi più distanti, permetterà di ignorare i geni “inutili”, migliorando la ricerca di quelli interessati. Ovviamente, scegliere cani privi di istinto, significherebbe escludere i geni ricercati. Dunque, saranno scelte quelle razze i cui campioni possono essere ottenuti da cani con reali capacità, senza tener conto della frequenza con la quale l’istinto si verifica nel pool genetico della razza.

E’ inoltre previsto un esperimento su scala ridotta, che potrà rilevare le differenze genetiche tra le subpopolazioni di una razza (linee da sangue da lavoro e da bellezza). Ci concentreremo ad analizzare un piccolo numero di razze che mostrano variazioni comportamentali consistenti tra i ceppi. L’obiettivo è identificare i geni che sono stati sottoposti a selezione differenziale rispetto all’istinto da punta – alto nelle linee da lavoro, basso o non esistente in quelle da bellezza e probabilmente intermedio in quelle di duplice successo.

UNA BIOLOGIA AFFASCINANTE

Le basi genetiche di tale ricerca, affascineranno sia i cinofili che i biologi. Anche se essa non potrà effettivamente avvantaggiare i programmi d’allevamento, dato che i maggiori geni in questione sono già all’interno delle linee di sangue, la genetica dei cani da punta richiamerà un grande interesse da parte degli appassionati del lavoro. Qual’era il comportamento originario dei lupi, ereditato successivamente dai cani da punta? Le esperienze neonatali o ambientali possono influenzare e rinforzare questo comportamento? E’ possibile prevedere in anticipo l’intensità di istinto alla punta nei cuccioli? L’identificazione di uno o più geni relativi a questa particolare capacità, fornirà delle risposte a queste domande attraverso affascinanti percorsi molecolari e fisiologici.

Inoltre, questa ricerca potrà dare un valido contributo per l’individuazione di ulteriori caratteristiche del cane da competizione. Le differenze naturali tra cani che sviluppano attitudini alla caccia, alla ferma o alla cerca in modo variabile, saranno altrettanto riconducibili grazie alla mappatura genetica e queste scoperte saranno applicabili ai programmi d’allevamento: potranno essere elaborati dei test del DNA, capaci di predire le naturali abilità. I cuccioli con un alto potenziale per la “cerca” interesseranno i cacciatori, quelli che mostreranno talento per la ferma potranno essere addestrati per concorrere ai campionati di lavoro. Potranno essere studiate, in termini genetici, altre variazioni collegate alle potenzialità di “punta”. Le caratteristiche ereditabili per il portamento, i mantelli, focature, fiuto, resistenza, vigore, intelligenza, apprendimento e molte altre sono oggi identificabili grazie alle nuove tecnologie di DNA. Comprendere la genetica di queste caratteristiche aiuterà a capire meglio i meccanismi dell’istinto alla punta e fornirà agli allevatori delle conoscenze genetiche che potranno essere implementate nelle strategie d’allevamento.

PERCHE’ STUDIARE I CANI DA FERMA?

Il National Institutes of Health ha dichiarato gli anni ’90 “la decade del cervello e del comportamento”. In questo periodo si sono verificati importanti passi avanti – i ricercatori hanno appreso molto riguardo i meccanismi biofisici della trasmissione sinaptica e sullo sviluppo dei segnali che guidano gli assoni neuronali verso destinazioni prestabilite nel sistema nervoso centrale. D’altro canto, il modo in cui i geni influenzano il comportamento, non è stato ancora del tutto chiarito. Questo in parte, è dovuto al fatto che non esistono buoni modelli biologici per esplorare le funzioni interne della mente.

Gran parte della biologia che conosciamo, deriva da studi svolti su alcune specie, particolarmente adatte a far scaturire i fondamentali quesiti della biologia. Per esempio, conosciamo il cancro perché abbiamo studiato la semplice divisione cellulare delle cellule del lievito, facilmente manipolabili in laboratorio. Riusciamo a comprendere i difetti neonatali, perché abbiamo studiato i processi di sviluppo, relativamente semplici, del moscerino da frutta. La scelta della giusta specie da analizzare, è fondamentale quindi per scoprire le basi biologiche della vita. L’assenza di un vero modello per la genetica comportamentale, è stato il maggior ostacolo per la comprensione dei processi mentali e comportamentali.

I biologi hanno inoltre capito, che è essenziale studiare la normale biologia di un processo prima di capire come i relativi difetti conducono alla malattia. Tale prospettiva è molto importante per lo studio del comportamento. Ogni caso di patologia mentale umana è biologicamente unico e questa complessità rende difficoltosa ogni ricerca sia clinica che biologica. Quello che ostacola lo studio clinico della malattia è l’assenza di conoscenze di base riguardo i processi naturali che governano il cervello e il comportamento.

Il National Institutes of Health riconosce la necessità di modelli biologici per le variazioni del comportamento. I finanziamenti rivolti alle indagini sul naturale comportamento, permetteranno di ricavare informazioni sulla biologia del cervello. I comportamenti degli uccelli canori, di quelli migratori e delle api, sono particolarmente promettenti – ognuno di questi esibisce affascinanti istinti naturali, affinati durante milioni di anni di evoluzione. Il cane però può davvero permettere di comprendere i meccanismi interni di una mente sofisticata, attraverso lo studio di un grande bagaglio comportamentale estremamente adattabile. Conoscere le basi delle caratteristiche comportamentali selezionate nell’allevamento canino, contribuirà a stabilire le regole generali secondo le quali i geni influenzano il comportamento. Questo fornirà delle basi concrete importanti per comprendere la complessità della salute mentale dell’uomo.

LA PARTECIPAZIONE DELL’AMERICAN FIELD

Il prestigio dell’American Field è riconosciuto in tutto il mondo, per avere i migliori cani da lavoro registrati nei suoi libri di allevamento. I membri dell’American Field possono sostenere la ricerca proposta in parecchi modi. Il più semplice è l’invio di campioni di sangue e pedigree di esemplari davvero eccezionali. Ottenere i campioni dai migliori cani è la cosa più importante per questa ricerca ed è assolutamente essenziale per un valido risultato sperimentale. Il costo del prelievo può essere rimborsato e le spese di trasporto possono essere fatturate direttamente in laboratorio.

Oltre ai campioni di sangue, gli allevatori, gli addestratori e gli handlers che posseggono grandi conoscenze del comportamento canino, potranno contribuire fornendo delle informazioni molto importanti per dare un senso a tutti quei geni che potrebbero essere mappati. I cinofili, hanno sicuramente più esperienza rispetto ai biologi nel campo dell’addestramento, avendo già avuto a che fare con precedenti studi sul comportamento del cane. Aspetto con ansia di discutere questo affascinante tema e di lavorare insieme per identificare i geni che sono stati da sempre, gli obiettivi principali degli allevatori.

L’AUTORE

Il Dr. Mark Neff è un genetista dell’Università di Davis. Ha ottenuto il suo dottorato nel 1993 dall’Università della Virginia, dove ha studiato i meccanismi cellulari capaci di combattere il cancro. Vanta 15 anni di esperienza nella genetica canina, iniziata nel 1993 quando ottenne il riconoscimento Human Genome Distinguished Postdoctoral Scholar prima di trasferirsi all’Università di Barkeley per lavorare insieme al Dr. Jasper Rine sul primo Progetto di Genoma Canino. Il Dr. Neff è oggi Direttore Associato del Laboratorio di Genetica Veterinaria alla facoltà di Veterinaria dell’Università di Davis. Oltre alla genetica del comportamento, i suoi studi sono rivolti alla genetica delle malattie complesse, compresa l’epilessia, la displasia dell’anca e l’autoimmunità.

RINGRAZIAMENTI

L’autore ringrazia Charles Hjerpe, Gordon Theilen e Al Fazenbaker per le osservazioni e le discussioni utili. Ringrazia inoltre i tanti allevatori, addestratori e proprietari che hanno gentilmente fornito campioni di sangue e opinioni rendendo possibile tale ricerca.

Mark W. Neff, PhD
Associate Director
Center for Veterinary Genetics
School of Veterinary Medicine
University of California, Davis

Testo originale tradotto da Nicola Cacciola