Ora la scienza lo conferma, gli arti dei mammiferi evoluti dalle pinne

E’ vero: abbiamo imparato a camminare dai pesci [PHOTOGALLERY]

Questi animali hanno un kit di strumenti genetici per produrre anche le dita, ma non lo usano

[23 gennaio 2014]

Il passaggio dall’acqua alla terra costituisce uno degli enigma tra i più affascinanti dell’evoluzione. D’altronde sia i pesci che gli animali terrestri possiedono, durante lo sviluppo embrionale, un gruppo di geni architetti, gli  Hoxa e Hoxd, necessari alla formazione delle pinne come a quella delle membra.

Un team scientifico diretto da Denis Duboule, dell’università di Ginevra e dell’École polytechnique fédérale di Losanna (Epfl) ha studiato parallelamente la struttura e il comportamento di questi geni  in un embrione di topo ed in quello di un pesce zebra ed reso noto i risultati nello studio “Conservation and Divergence of Regulatory Strategies at Hox Loci and the Origin of Tetrapod Digits” pubblicato da PLoS Biology. . In entrambe le specie i ricercatori hanno constatato «Un’organizzazione tridimensionale similare del Dna dei geni architetti osservati» ed hanno quindi concluso che «Il principale meccanismo utilizzato per modellare i membri dei tetrapodi si trovava già nei pesci».

I ricercatori svizzeri hanno allora inserito dei geni architetti Hox di pesci in degli embrioni di topi transgenici ed hanno visto che erano attivi unicamente negli arti del topo, ma non nelle dita, dimostrando che il Dna di pesci non possiede gli elementi essenziali per la formazioni delle dita.

Duboule spiega che la ricerca pubblicata su  PLoS Biology, mette in luce che  «Le parte digitale delle membra degli animali terrestri risulta da un’elaborazione a partire da un’infrastruttura ancestrale pre-esistente al Dna, anche se questo rappresenta una novità evolutiva nei tetrapodi. Nel corso dello sviluppo embrionale animale, i geni  Hox o “geni architetti” sono responsabili dell’organizzazione delle strutture dell’organismo. I pesci ed i mammiferi possiedono i gruppi di geni Hoxa e Hoxd, che sono entrambi necessari alla formazione delle pinne e delle membra».

L’équipe di  Duboule, aveva recentemente dimostrato che nel corso dello sviluppo dei mammiferi , i geni Hox dipendono da una struttura “bimodale” tridimensionale del Dna per dirigere lo sviluppo degli arti e che «Questa struttura genetica permette di ottenere una suddivisione delle membra in un braccio e ina mano. I pesci, a livello delle pinne, non presentano questa suddivisione».

Il principale autore dello studio, Joost Woltering, del Département de génétique et évolution della facoltà delle scienze dell’università di Ginevra, evidenzia che «Al fine di determinare l’origine genetica di questa suddivisione in braccia e zampe nel corso dell’evoluzione abbiamo paragonato i processi genetici all’opera durante lo sviluppo delle pinne e delle membra, in degli embrioni di pesce zebra e di topo». Gli scienziati sono rimasti sorpresi nello scoprire «Un’architettura bimodale tridimensionale del Dna similare nella regione dei geni Hox nei pesci. Questi risultati indicano che il meccanismo di regolazione utilizzato per formare le membra dei tetrapodi è probabilmente anteriore alla divergenza tra I pesci e I tetrapodi». Woltering. Aggiunge: «Ci attendevamo, al contrario a quella che è che fosse proprio questa conformazione bimodale del Dna a fare la differenza nella fabbricazione delle membra, in rapporto a quella delle pinne».

Le dita sarebbero quindi nei mammiferi quello che nei pesci sono i raggi, le strutture ossee di spine situate alle estremità delle pinne dei pesci? Per rispondere a questa domanda i genetisti svizzeri hanno inserito in degli embrioni di topo le regioni genomiche che regolano l’espressione dei geni Hox nelle pinne dei pesci. . «Sorprendentemente, le regioni regolatrici dei pesci hanno innescato l’espressione dei geni Hox principalmente nelle braccia e non nelle dita – dice Duboule . Nell’insieme, questo suggerisce che, durante la transizione tra le pinne e gli arti, la comparsa delle nostre dita è il risultato della modernizzazione di un meccanismo de regolazione già esistente». Secondo Woltering «Quel che è probabilmente successo è paragonabile ad un processo di rinnovamento, come si fa nell’ingegneria per equipaggiare un parco macchinari obsoleto con nuove tecnologie. In questo caso, si tratta di un’architettura primitiva di Dna  che si è dotata di una nuova “tecnologia” per fabbricare le dita delle mani e dei piedi».

I ricercator svizzeri però dicono che, anche se i pesci hanno un kit di strumenti di regolazione dei geni Hox per produrre le dita, questo potenziale non viene utilizzato come nei tetrapodi. Quindi i raggi delle pinne non sono omologhi alle dita dei tetrapodi, anche se dipendono in parte da una strategia regolatrice condivisa. I genetisti vogliono scoprire esattamente cosa sia cambiato negli elementi del Dna nei pesci e nei tetrapodi. Duboule conclude: «Ora conosciamo molto dei commutatori genetici nei topi, che dirigono l’espressione dei geni Hox nelle dita. E’ importante trovare esattamente come questi processi funzionano ai giorni nostri per  comprendere quel che ha fatto apparire le dita e favorito la colonizzazione dell’ambiente terrestre, Perché se il nostro primo antenato terrestre a quattro zampe è uscito dal mare circa 350 milioni di anni fa, è sufficiente osservare un dipnoo, il nostro parente vivente più prossimo tra i pesci, arrampicarsi sulle sue 4 pinne puntute per immaginare verosimilmente le prime tappe dell’evoluzione sulla terra ferma».