I ricercatori dell'Università di Innsbruck hanno identificato l'origine genetica dei nostri sensi
I ricercatori dell'Università di Innsbruck hanno determinato l'origine genetica dei nostri sensi. I risultati rivelano che i gangli sensoriali cranici dei vertebrati derivano da un programma genetico condiviso con i loro parenti viventi più stretti, i tunicati.
Tunicati, comunemente chiamati squirt di mare, sono un gruppo di animali marini che trascorrono la maggior parte della loro vita attaccati alle banchine, agli scogli o alla parte inferiore delle barche, sembrano piccole macchie colorate.
In realtà sono più strettamente imparentati con i vertebrati come noi che con la maggior parte degli altri animali invertebrati.
È decisamente vantaggioso avere una testa. Questo può sembrare ovvio, ma l'evoluzione ha subito un lungo viaggio per metterlo alla prova: gli invertebrati hanno dominato le acque all'inizio quando la vita animale ha iniziato a emergere. Sebbene avessero già le caratteristiche della testa, i vertebrati alla fine hanno avuto successo perché hanno sviluppato una nuova testa superiore. Questa "nuova testa" ha consentito una diffusa dispersione spaziale e moltiplicazione delle cellule sensoriali, portando a una percezione molto migliorata dell'ambiente circostante. Questo è stato anche cruciale per l'evoluzione di uno stile di vita predatorio.
I gangli sensoriali cranici sono fondamentali per trasmettere sensazioni esterne al cervello dei vertebrati. Puoi pensarli come nodi nervosi che si diffondono in tutto il cervello e raccolgono informazioni dagli organi sensoriali. Il processo preciso con cui sono stati creati questi gangli era sconosciuto agli scienziati fino a questo momento. Queste domande sono state finalmente risolte da uno studio pubblicato su Nature il 18 maggio 2022.
Prototipo dei vertebrati
Il gruppo di ricerca di Ute Rothbächer dell'Istituto di Zoologia del Università di Innsbruck è stata coinvolta in modo determinante nell'ultima fase del progetto, una collaborazione internazionale di più istituzioni, ideata dall'Ing Università di Oxford. Le loro scoperte mostrano che i gangli sensoriali cranici dei vertebrati emergono da un programma genetico che si trova anche nei loro parenti viventi più stretti, i tunicati. Nelle larve tunicate, alcuni neuroni sensoriali, chiamati neuroni della coda bipolare, si trovano nella regione della coda. Questi elaborano gli stimoli esterni, ma sono anche responsabili del movimento dell'animale. In entrambi i subphyla animali, le rispettive strutture sono formate dal gene Hmx.
"I tunicati sono come un prototipo evolutivo per i vertebrati", spiega Rothbächer. “C'è un grande divario anatomico tra gli adulti di questi subphyla, poiché sono adattati a nicchie ecologiche. Questo complica la ricerca sulla loro evoluzione. Strutture e meccanismi comuni possono essere identificati solo allo stadio embrionale: il nostro antenato comune era probabilmente molto simile a una larva tunicata".
Gli organismi modello dello studio erano la lampreda, un pesce primitivo che ricorda un'anguilla e viene spesso definito un "fossile vivente" e il tunicato Ciona intestinalis, che è circondato da un mantello tubolare giallastro che protegge l'animale e filtra il cibo.
Il gene conservato
Alessandro Pennati, dottorando nel gruppo di ricerca di Rothbächer, ha fornito dati decisivi sulla funzione del gene Hmx a Ciona. Ha applicato la tecnologia genetica CRISPR-Cas9 per eliminare selettivamente le sequenze genetiche, mentre il metodo della transgenesi transitoria è stato utilizzato per sovraesprimere i geni.
I ricercatori hanno scoperto che Hmx controlla lo sviluppo dei neuroni bipolari della coda nei tunicati, mentre nei vertebrati lo fa per i gangli sensoriali cranici. Sorprendentemente, i segmenti del gene Hmx della lampreda inseriti nel DNA di Ciona erano attivi in modo simile all'Hmx di Ciona.
“Hmx ha dimostrato di essere un gene centrale che è stato conservato durante l'evoluzione. Ha mantenuto la sua funzione e struttura originaria ed è stato probabilmente ritrovato in questa forma nell'antenato comune dei vertebrati e dei tunicati”, spiega Pennati. I gangli sensoriali cranici e i neuroni della coda bipolare hanno quindi la stessa origine evolutiva, Hmx è stato probabilmente coinvolto in modo cruciale nella formazione di organi sensoriali della testa altamente specializzati nei vertebrati.
Riferimento: "La conservazione del gene Hmx identifica l'origine dei gangli cranici dei vertebrati" di Vasileios Papadogiannis, Alessandro Pennati, Hugo J. Parker, Ute Rothbächer, Cedric Patthey, Marianne E. Bronner e Sebastian M. Shimeld, 18 maggio 2022, Natura.
DOI: 10.1038/s41586-022-04742-w
