Dai dinosauri agli uccelli, le origini della formazione delle piume

Roma –  Scoperto il ruolo chiave di specifici geni nello sviluppo delle piume, con nuove informazioni sulla loro evoluzione dai dinosauri. Lo rivela uno studio guidato da Michel Milinkovitch, professore presso il Dipartimento di Genetica ed Evoluzione della Facoltà di Scienze dell’UNIGE, riportato su PLOS Biology. Le piume sono tra le appendici cutanee più complesse del regno animale. Mentre la loro origine evolutiva è stata ampiamente dibattuta, le scoperte paleontologiche e gli studi di biologia dello sviluppo suggeriscono che le piume si siano evolute da strutture semplici, note come proto-piume. Queste strutture primitive, composte da un singolo filamento tubolare, sono emerse circa 200 milioni di anni fa in alcuni dinosauri. I paleontologi continuano a discutere la possibilità di una loro presenza ancora più antica nell’antenato comune di dinosauri e pterosauri, i primi vertebrati volanti con ali membranose, circa 240 milioni di anni fa. Le proto-piume sono filamenti semplici e cilindrici. Si differenziano dalle piume moderne per l’assenza di barbe e barbule e per la mancanza di un follicolo. L’emergere delle proto-piume ha probabilmente segnato il primo passo fondamentale nell’evoluzione delle piume, inizialmente fornendo isolamento termico e ornamento prima di essere progressivamente modificate dalla selezione naturale per dare origine alle strutture più complesse che hanno permesso il volo. Il laboratorio Milinkovitch studia il ruolo dei percorsi di segnalazione molecolare, sistemi di comunicazione che trasmettono messaggi all’interno e tra le cellule, come il percorso Sonic Hedgehog, Shh, nello sviluppo embrionale di squame, peli e piume nei vertebrati moderni. In uno studio precedente, gli scienziati svizzeri hanno stimolato il percorso Shh iniettando una molecola attivante nei vasi sanguigni di embrioni di pollo e hanno osservato la trasformazione completa e permanente delle squame in piume sulle zampe dell’uccello. ”Dato che il pathway Shh svolge un ruolo cruciale nello sviluppo delle piume, abbiamo voluto osservare cosa accade quando viene inibito”, ha detto Rory Cooper, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Michel Milinkovitch e coautore dello studio. Iniettando una molecola che blocca il pathway di segnalazione Shh al nono giorno di sviluppo embrionale, appena prima che le gemme delle piume appaiano sulle ali, i due ricercatori hanno osservato la formazione di gemme non ramificate, che assomigliano alle presunte fasi iniziali delle proto-piume. Tuttavia, dal quattordicesimo giorno di sviluppo embrionale, la morfogenesi delle piume si è parzialmente ripresa. Inoltre, sebbene i pulcini siano nati con chiazze di pelle nuda, i follicoli sottocutanei dormienti sono stati riattivati autonomamente, producendo infine polli con piumaggio normale. ”I nostri esperimenti dimostrano che mentre un disturbo transitorio nello sviluppo delle squame del piede può trasformarle in modo permanente in piume, è molto più difficile interrompere in modo permanente lo sviluppo delle piume stesse”, ha affermato Milinkovitch. ”Chiaramente, nel corso dell’evoluzione, la rete di geni interagenti è diventata estremamente robusta, garantendo il corretto sviluppo delle piume anche in caso di sostanziali perturbazioni genetiche o ambientali”, ha continuato Milinkovitch. “La grande sfida ora è capire come le interazioni genetiche si evolvono per consentire l’emergere di novità morfologiche come le proto-piume’, ha concluso Milinkovitch. (30Science.com)