C’è più di un modo per crescere un bambino

Nel suo libro del 1989 Wonderful Life, il biologo evoluzionista Stephen Jay Gould ha notoriamente affermato che, se potessimo “riprodurre il nastro”, la vita sulla Terra si evolverebbe per essere fondamentalmente diversa ogni volta.

Le ali e il volo si sono evoluti in modo diverso e indipendente in (1) pterosauri, (2) pipistrelli e (3) uccelli.
Giorgio Romani

Aveva ragione? L’evoluzione convergente, in cui caratteristiche simili si evolvono per svolgere funzioni simili in organismi lontanamente imparentati, offre un modello eccellente in cui eseguire l’esperimento mentale di Gould.

Un classico esempio di evoluzione convergente è l’evoluzione indipendente delle ali e del volo in insetti, uccelli, pterosauri e pipistrelli. Un altro è il parto vivo (o “viviparità”), che si è evoluto indipendentemente dalla deposizione delle uova più di 150 volte nei vertebrati (animali con spina dorsale).

Per capire come è successo, abbiamo studiato i geni coinvolti nella gravidanza e nel parto vivo in sei diverse specie viventi. Abbiamo scoperto che, nonostante le ampie somiglianze nell’anatomia e nella fisiologia coinvolte, ogni specie utilizzava un insieme completamente diverso di strumenti genetici per dare alla luce piccoli vivi.

Il parto vivo è controllato da un insieme universale di geni?

In quasi tutti i vertebrati vivi esaminati finora, i cambiamenti nei tessuti gestazionali e nei processi biofisici durante la gravidanza appaiono notevolmente simili.

Alcuni elementi comuni del processo sono:

Un trittico di fotografie che mostrano una mucca che partorisce un vitello.
Il parto vivo è guidato da una complessa serie di cambiamenti morfologici, fisiologici e genetici.
Modificato da un’immagine di Basile Morin, CC BY

I cambiamenti che si verificano durante la gravidanza e il parto devono essere principalmente controllati dalla genetica e sappiamo che l’espressione dei geni cambia durante la gravidanza in diversi animali vivi.

Tuttavia, la generalità di questi cambiamenti è meno chiara. Ad esempio, gli stessi geni utilizzati durante la gravidanza nei mammiferi e nei pesci? O risultati simili sono guidati da geni completamente diversi?

Questo è ciò che abbiamo deciso di scoprire nel nostro studio, recentemente pubblicato su Molecular Biology and Evolution, in collaborazione con i ricercatori dell’Università del Queensland e della James Cook University.

Misurare l’attività genica durante la gravidanza

Lo sviluppo di un animale è controllato dai suoi geni, dal suo ambiente e da un’interazione tra i due.

Non tutti i geni all’interno di un animale sono sempre attivi. I geni vengono attivati ​​(o “espressi”) quando necessario e quindi spenti di nuovo quando non sono più necessari.

I livelli di espressione genica variano naturalmente nel tempo quando un animale interagisce con l’ambiente e subisce cambiamenti fisiologici, come quelli associati alla gravidanza. Usando una tecnica chiamata “trascrittomica”, possiamo scattare istantanee di questi cambiamenti nell’espressione genica mentre si verificano.

Per studiare il cambiamento genetico che si verifica nell’utero durante la gravidanza in diverse specie, abbiamo raccolto campioni o utilizzato i dati esistenti da sei animali vivi: lo squalo naso aguzzo australiano, tre specie di lucertole australiane, l’opossum grigio dalla coda corta e il marrone topo da laboratorio.

Una minuscola lucertola appollaiata su un dito umano.
Lo scinco maculato Niveoscincus ocellatuscampionato nel nostro studio, partorisce giovani vivi.
Carlo Foster, Autore fornito

Il campionamento di questa vasta gamma di animali ci ha permesso di determinare se gli stessi cambiamenti di espressione genica si verificano durante la gravidanza in specie in cui i nati vivi si sono evoluti in modo indipendente.

Il nostro lavoro è il primo studio quantitativo sulle basi genetiche dei nati vivi su una scala evolutiva così ampia.

Ci sono molti modi diversi per far crescere un bambino

Ci aspettavamo di trovare molti degli stessi geni utilizzati durante la gravidanza per supportare la crescita e la sopravvivenza degli embrioni in ciascuna delle specie viventi che abbiamo campionato.

Questa ipotesi sembrava logica, date le molte somiglianze nei cambiamenti anatomici durante la gravidanza tra i vertebrati vivi, insieme ai risultati qualitativi della ricerca precedente.



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Invece, abbiamo scoperto che non c’era un insieme di “geni vivi” utilizzati durante la gravidanza nella nostra gamma di animali campionati. In altre parole, l’evoluzione è convergente su funzioni simili per una gravidanza di successo, ma quelle funzioni sono state raggiunte reclutando diversi gruppi di geni.

Nonostante non sia quello che ci aspettavamo, anche questa scoperta ha un senso. Diversi lignaggi animali possono avere diversi “cassetta degli attrezzi” di geni da cui attingere, a causa delle loro storie evolutive uniche.

Una “cassetta degli attrezzi” genetica può essere considerata come un’ampia classe di geni che svolgono funzioni di base simili. Nel lungo periodo di evoluzione, geni diversi da questa cassetta degli attrezzi ancestrale possono essere reclutati per svolgere le stesse funzioni fisiologiche in animali diversi.

Una fotografia che mostra uno squalo bianco grigiastro con un cordone ombelicale e una placenta.
Come gli esseri umani, lo squalo dal naso aguzzo australiano trasporta i nutrienti agli embrioni in via di sviluppo attraverso una placenta.
Camilla Whittington, Autore fornito

Ad esempio, i bambini in via di sviluppo richiedono l’accesso a una scorta di aminoacidi per uno sviluppo di successo. In molte specie questi amminoacidi vengono trasferiti dalla madre al feto attraverso i geni “portatori di soluti”.

Abbiamo identificato più di 75 diversi geni portatori di soluti nella cassetta degli attrezzi genetica combinata della nostra specie di studio. Tuttavia, ogni specie ha reclutato geni diversi dalla cassetta degli attrezzi per trasportare gli aminoacidi durante la gravidanza.

Ripensare il parto vivo

I nostri risultati ci costringono a ripensare l’idea che le somiglianze tra specie nella nascita viva siano controllate dagli stessi cambiamenti genetici.

Possiamo anche considerare i nostri risultati nel contesto dell’esperimento mentale di Gould sulla “riproduzione del nastro della vita”.

L’evoluzione dei nati vivi era prevedibile? Dipende da come lo guardi.

Somiglianze su larga scala, come l’anatomia e le funzioni dell’utero, sembrano prevedibili. Sembra che si siano evoluti ripetutamente per risolvere le sfide biofisiche di una gravidanza di successo.

Tuttavia, i nostri risultati mostrano che questa prevedibilità non si estende ai geni sottostanti.

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