Indagato il segreto evolutivo dei diversi cicli di vita degli animali

Perché alcune specie, come noi umani, si sviluppano direttamente in una versione completamente formata, ma più piccola, di un adulto e altre passano invece attraverso lo stadio di larva?

 

Per oltre 100 anni, i biologi si sono chiesti perché gli animali mostrano diversi tipi di cicli di vita. Alcune specie, come noi umani e la maggior parte dei vertebrati, si sviluppano direttamente in una versione completamente formata, ma più piccola, di un adulto.

Al contrario, molti altri animali danno origine a forme intermedie meravigliosamente diverse che chiamiamo larve, che poi si trasformano nell’adulto.

Tuttavia, la comprensione che i ricercatori avevano del perché le larve esistono e di come hanno avuto origine era limitata.

Ancora più importante, gli studi comparativi su larga scala che affrontano questo problema non avevano precedentemente utilizzato tecniche moderne basate sul sequenziamento delle informazioni genetiche di un animale – il genoma – e sulla scoperta di come l’organismo utilizza queste informazioni durante la crescita. Fino ad ora.

In uno studio condotto da un team della Queen Mary University di Londra (QMUL), pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature, i ricercatori scoprono per la prima volta il meccanismo che probabilmente spiega come gli embrioni formano una larva o una versione in miniatura dell’adulto.

Nel loro articolo, dimostrano che i tempi di attivazione dei geni essenziali coinvolti nell’embriogenesi – la trasformazione di un ovulo fecondato in un organismo – sono correlati con la presenza o l’assenza di uno stadio larvale e con il fatto che la larva si nutra dall’ambiente circostante o si basi sul nutrimento che la madre ha depositato nell’uovo.

Francisco M. Martín-Zamora, dottorando presso QMUL e co-primo autore dello studio, ha dichiarato: “È impressionante vedere come l’evoluzione abbia modellato il modo in cui gli embrioni animali “dicono il tempo” per attivare importanti gruppi di geni prima o dopo nello sviluppo. Supponiamo che uno stadio larvale non sia più essenziale per la tua sopravvivenza. In tal caso, potrebbe essere evolutivamente vantaggioso, ad esempio, attivare i geni per formare il tronco prima e svilupparsi direttamente in un adulto”.

Questo nuovo studio ha utilizzato approcci all’avanguardia per decodificare le informazioni genetiche, l’attività e la regolazione in tre specie di vermi invertebrati marini chiamati anellidi.

Hanno combinato questi con set di dati pubblici di altre specie in uno studio su larga scala che ha coinvolto oltre 600 set di dati di oltre 60 specie separate da oltre 500 milioni di anni di evoluzione.

“Solo combinando set di dati sperimentali generati in laboratorio e analisi computazionali sistematiche siamo stati in grado di svelare questa nuova biologia sconosciuta”, ha detto il dottor Ferdinand Marlétaz, uno dei principali collaboratori dello studio dell’University College di Londra.

“Mentre le tecniche erano in circolazione da alcuni anni, nessun team le aveva utilizzate per questo scopo. I set di dati che abbiamo generato e le metodologie che abbiamo sviluppato saranno risorse estremamente potenti per altri ricercatori”, ha sottolineato il dottor Yan Liang, ricercatore post-dottorato di QMUL e co-primo autore del lavoro.

Chema Martín-Durán, autore senior di questa ricerca, ha affermato che “la biologia dello sviluppo si concentra in gran parte su topi, mosche e altre specie ben consolidate che conosciamo come organismi modello. Il nostro studio dimostra che l’affascinante biologia delle specie non modello, spesso trascurate, è fondamentale per capire come funziona lo sviluppo animale e come si è evoluto”.

I geni coinvolti nella formazione del tronco – la regione del corpo che segue la testa e corre fino alla coda – sono fondamentali.

Alcune specie formano larve praticamente prive di tronco, note come “larve della testa”, e potrebbero essere state presenti fin dall’antenato di tutti gli animali con testa e coda.

Lo sviluppo diretto e la formazione di un piccolo adulto direttamente dall’embriogenesi si sarebbero evoluti più tardi in molti gruppi animali, come noi e la maggior parte dei vertebrati, poiché i geni per formare il tronco si attivano prima nell’embriogenesi e i tratti larvali vengono progressivamente persi.

“Siamo fiduciosi che altri ricercatori nel campo continueranno a studiare l’eccitante argomento dell’evoluzione dei cicli di vita degli animali e forniranno ulteriori prove per l’ipotesi che abbiamo avanzato”, ha detto il dottor Andreas Hejnol, professore presso l’Università Friedrich-Schiller di Jena, in Germania, e collaboratore del team.