Braccia e tentacoli: l’origine è negli stessi geni

La Biologia dello Sviluppo è una delle più affascinanti discipline scientifiche. Si propone infatti di studiare e identificare tutti quei meccanismi molecolari che controllano la formazione di cellule, organi, tessuti e interi organismi. Si tratta di un lavoro molto complesso, dove è essenziale determinare quali sono i geni e le proteine coinvolte nello sviluppo. Vanno anche chiarite le modalità con cui agiscono e la loro localizzazione spaziale e temporale, sempre finemente regolate. Sono stati identificati recentemente i geni responsabili della formazione degli arti nei cefalopodi, scoprendo che sono gli stessi geni che guidano lo sviluppo degli arti negli artropodi e nei vertebrati.

I Cefalopodi

Sono molluschi esclusivamente marini con dimensioni molto variabili, dai pochi millimetri a vari metri (1) (come nel caso del Calamaro Gigante e del Calamaro Colossale). Alla classe dei Cefalopodi appartengono animali ben conosciuti come i calamari, le seppie e i polpi.
Sono oggetto di approfondite ricerche scientifiche a causa del loro sistema nervoso, molto sviluppato. “Un’isola di complessità mentale nel mare degli invertebrati”, così li descrive Peter-Godfrey Smith nel suo acclamato libro Altre menti (Adelphi Edizioni), incentrato sull’intelligenza nel mondo dei Cefalopodi.

Le appendici dei Cefalopodi – indiscriminatamente chiamate “tentacoli” – si dividono in braccia e tentacoli veri e propri. Le braccia possiedono una doppia fila di ventose disposte per tutta la loro lunghezza, nei tentacoli invece le ventose sono addensate nell’estremità distale dell’appendice.

I geni identificati

Oscar Tarazona e colleghi dell’università della Florida hanno condotto diversi esperimenti e hanno pubblicato i risultati nel giugno di quest’anno (2). Hanno utilizzato tecniche come l’Ibridazione fluorescente in situ, che tramite sonde fluorescenti permette di localizzare determinate sequenze di acidi nucleici (dna, rna) all’interno delle cellule, e il Clonaggio genico, per saggiare l’effetto di specifiche mutazioni su geni d’interesse e comprenderne meglio le funzioni. Hanno quindi studiato l’espressione di quegli stessi geni che controllano lo sviluppo degli arti negli Artropodi e nei Vertebrati. Gli autori ipotizzavano infatti che potessero avere un ruolo simile anche nei cefalopodi. Questi geni hanno come funzione principale quella di specificare i tre assi corporei, sui quali poi l’animale formerà strutture specializzate: asse antero-posteriore, dorso-ventrale e prossimo-distale.

L’ipotesi si è rivelata corretta ed è emerso che la localizzazione spaziale e temporale delle proteine derivanti dai geni candidati era assolutamente sovrapponibile alle controparti di Artropodi e Vertebrati. Poi, a seconda dell’animale, i geni si specializzano in funzioni esclusive. Per esempio il gene Hedgehog (3), che nei tentacoli determina il numero di file di ventose, nell’uomo controlla il numero delle dita.

L’evoluzione degli arti

I biologi evoluzionisti concordano nell’affermare che gli arti si sono evoluti indipendentemente in Cefalopodi, Artropodi e Vertebrati (4). L’ultimo antenato comune risale ad almeno 700 milioni di anni fa, eppure il meccanismo genetico di formazione degli arti a livello embrionale è del tutto simile. Come puntualizzano gli autori della pubblicazione, questo set di geni si è evoluto probabilmente per lo sviluppo di appendici rudimentali. L’accumulo di mutazioni ha permesso di osservare le enormi differenze anatomiche e funzionali degli arti di Cefalopodi, Artropodi e Vertebrati. Future ricerche si concentreranno nell’identificare nuovi pathway nello sviluppo delle appendici animali e nell’elucidare i meccanismi in gioco nella formazione di appendici non-locomotrici, come le antenne negli insetti o i genitali esterni nei Vertebrati Amnioti, ossia mammiferi, rettili e uccelli.

Link esterni

1 – Il Calamaro Colossale – https://marinebio.org/species/colossal-squid/mesonychoteuthis-hamiltoni/

Bibliografia

2 – Oscar Tarazona et al. (18 June 2019). “Evolution of limb development in cephalopod mollusks”. eLife.
3 – Philip W. Ingham & Andrew P. McMahon (2001). “Hedgehog signaling in animal development: paradigms and principles”. Genes&Development.
4 – G. Panganiban et al. (1997). “The origin and evolution of animal appendages”. PNAS 94: 5162-5166

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