Come i primi mammiferi hanno evoluto la vista notturna per sfuggire ai dinosauri

Una scoperta che potrebbe restituire la vista a molti esseri umani

[21 giugno 2016]

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Un mistero dell’evoluzione animale è stato risolto dallo studio “Recruitment of Rod Photoreceptors from Short-Wavelength-Sensitive Cones during the Evolution of Nocturnal Vision in Mammals” pubblicato su Developmental Cell da un team di ricercatori statunitensi e canadesi, che dimostra come un adattamento unico dei mammiferi alla vista notturna abbia dato loro un vantaggio fondamentale rispetto ai dinosauri predator. Secondoo gli scienziati del  National Eye Institute del  National Institutes of Health di Bethesda e delle università dell’Alberta e del New Hampshire, «Una capacità genetica unica di trasformare alcuni tipi di coni in bastoncelli può aver contribuito a far sopravvivere i primi mammiferi alla fine del Giurassico. I coni e bastoncelli sono i due principali tipi di fotorecettori presenti nella retina, con funzioni complementari. I bastoncelli forniscono una funzionalità affidabile anche in penombra, il che li rende particolarmente adatti alla visione notturna, mentre i coni offrono una visione  meno sensibile, ma con più sfumature, dei colori che è inutile in scenari con scarsa illuminazione».

A prima vista, i bastoncelli sembrano più primitivi dei coni, ma, sulla base di diversi fattori, quali le proteine presenti in ciascuna delle cellule, i ricercatori sospettavano da molto che il rilevamento del colore attraverso i  coni fosse precedente e che poi l’evoluzione abbia fornito c gli occhi dei più “robusti” bastoncelli.

Quando uno studio ha analizzato le retine dei topi ha prodotto prove della transizione coni-bastoncelli e i ricercatori hanno pensato di aver chiuso un caso scientifico.

Anand Swaroop del National Eye Institute, evidenziato che «La maggior parte dei mammiferi hanno retine a predominanza di bastoncelli, ma se si guarda ai pesci, alle rane, o agli uccelli, la stragrande maggioranza sono a dominate  dai coni, quindi la domanda a livello evolutivo è sempre stata: ‘Che cosa è successo?”»

Il principale autore dello studio, Phil Oel deldipartimento di scienze biologiche dell’università dell’Alberta, sottolinea: «Nei topi abbiamo trovato le prove nel topo che questi bastoncelli provengono  dai coni, e a quel punto pensavamo di aver capito tutto. Ma poi, quando abbiamo cercato la stessa cosa nel pesce zebra, non abbiamo trovato nessuna prova per la stessa funzionalità e che eventuali bastoncelli siano sempre provenienti da coni».

Mentre la scoperta che i topi erano stati in grado di modificare determinati tipi di coni – quelli responsabili del rilevamento della luce blu –  in bastoncelli è un’innovazione, la mancanza della stessa funzione  nel pesce zebra significa che questo rappresenta anche la soluzione di un puzzle evolutivo, una ricerca che dura da 70 anni.

All’università dell’Alberta spiegano che «Data la rispettiva funzionalità di ogni fotorecettore, sarebbe ragionevole supporre che le creature diurne siano più disposte ad essere sensibili ai colori, con una rtina dominata dai coni per una visione ottimale durante il giorno; Tuttavia, degli studi hanno dimostrato che l’evoluzione dei mammiferi ha invece comportato una retina dominata dai bastoncelli,  più adatta per la visione notturna, anche all’interno di specie non notturne come gli esseri umani».

Già nel 1940, i biologi avevano scoperto che questa retina a prevalenza d bastoncelli nei mammiferi  era il frutto di per evento evolutivo avvenuto alla fine del Giurassico, conosciuto come “collo di bottiglia notturno” William Ted Allison, anche lui dell’università dell’Alberta, spiega a sua volta che «Durante il periodo Giurassico, i mammiferi si stavano diversificando, o erano in procinto di diversificarsi. Il concetto che è rimasto in letteratura per anni è che i mammiferi avessero assunto un’abitudine notturna per sopravvivere in questo periodo, per sfuggire di giorno alle ricerche dei dinosauri diventando più attivi di notte».

«I primi mammiferi hanno cambiato un tipo di cellula che serve per catturare la luce UV – che non è necessaria durante la notte – in qualcosa che è solo estremamente sensibile alla luce», dice Swaroop.

I mammiferi che sono stati maggiormente in grado di sfruttare i loro adattamenti a un ambiente notturno sono stati quelli che sono sopravvissuti, si sono diversificati e si sono evoluti negli attuali mammiferi. Anche se questa teoria era ampiamente accettata nel mondo della ricerca evolutiva, restava una domanda essenziale alla quale rispondere: se i mammiferi sono in qualche modo in grado di produrre più bastoncelli, da dove provengono?

Allison evidenzia che «Quello che proponiamo qui per la prima volta è il meccanismo di come i mammiferi che sono sopravvissuti all’iniziale fase notturna sono stati in grado di produrre molti bastoncelli e sfruttare che l’adattamento notturno. Questo collo di bottiglia notturno è stato teorizzato da qualcuno già 70 anni fa, quindi è stato risolto un grande mistero della vista»

I risultati non hanno solo implicazioni evolutive di vasta portata, ma possono anche portare ad applicazioni cliniche: «Dal momento che ora sembra che i mammiferi abbiano due  modi diversi per generare bastoncelli, può essere possibile utilizzare questa comprensione per contribuire a ripristinare la vista  negli esseri umani», dicono i ricercatori.

Allison  conclude: «E’ un grande esempio di come il confronto tra gli animali in un contesto evolutivo stia influenzando la nostra capacità di modellare la conoscenza riguardo l’applicazione clinica. Questa fondamentale ricerca – che ha alla base la spinta dalla curiosità per  la ricerca – sta realmente influenzando il  modo in cui pensiamo di trasferirla all’utilizzo in applicazioni cliniche»