Come i serpenti hanno perso le gambe

Pitone birmano e la sequenza di DNA responsabile della perdita degli arti.

Eric Zamora/Florida Museum of Natural History e Martin J. Cohn/Università della Florida

I serpenti vagavano per la Terra sulle gambe circa 150 milioni di anni fa, prima di passare dal montante allo slither.

Ora, due scienziati hanno individuato il processo genetico che ha fatto perdere le gambe ai serpenti. Inoltre, dicono che il “macchinario molecolare” per lo sviluppo delle gambe persiste ancora nei serpenti dopo questi milioni di anni – è semplicemente spento.

Alcuni serpenti, come i pitoni, conservano piccole vestigia di gambe sotto forma di due piccole protuberanze su entrambi i lati del loro bacino. Gli scienziati dell’Università della Florida che hanno condotto la ricerca sulle zampe di serpente pubblicata giovedì su Current Biology si sono concentrati sui pitoni per lo studio.

Come dice a The Two-Way il co-autore e professore di genetica molecolare Martin Cohn, un gene noto come Sonic hedgehog è responsabile dello sviluppo degli arti. (Sì, questo gene è stato chiamato dagli appassionati del videogioco.)

I ricercatori della Florida hanno scoperto che il gene Sonic hedgehog si accende molto brevemente negli embrioni di pitone di meno di 24 ore. Questo segnale genetico non era stato precedentemente rilevato nei pitoni.

Cohn dice che il Sonic hedgehog dei serpenti si accende come in qualsiasi vertebrato con arti, ma poi si spegne. “Volevamo davvero approfondire”, dice, “l’esatta natura della ragione di ciò nel genoma.”

Ha spiegato che nei vertebrati con gli arti, Sonic hedgehog controlla lo sviluppo di molti organi, non solo braccia e gambe. Le sequenze di regolazione del DNA chiamate enhancer controllano il modo in cui questi geni si accendono e si spengono per specifiche parti del corpo. Senza un enhancer per gli arti, Sonic hedgehog non potrebbe farli sviluppare completamente. I ricercatori hanno scoperto che diverse sezioni di DNA in quell’enhancer sono state eliminate ad un certo punto durante l’evoluzione del pitone.

Le stesse sezioni sono state eliminate nelle sequenze di DNA dei boa constrictor, dice Cohn. E i risultati erano ancora più pronunciati nei serpenti che non hanno più alcuna traccia di gambe, come i cobra e le vipere. Il loro Sonic hedgehog limb enhancer era “quasi impercettibile”, dice. “Quindi questo ci dice che c’è stata una degradazione sequenziale di Sonic hedgehog negli arti nei serpenti”.

Per riassumere, lo studio dice che queste mutazioni del potenziatore degli arti Sonic hedgehog sono responsabili dell’arresto dello sviluppo degli arti nei pitoni.

La ricerca ha poi preso una piega ancora più sorprendente quando gli scienziati hanno studiato l’attività di un altro gene, chiamato HOXD, che è coinvolto nella creazione di dita di mani e piedi. Studiando gli embrioni di pitone, “abbiamo visto un modello di attività di questo gene HOXD che era caratteristico di un piede, che è un risultato davvero strano, perché i pitoni non costruiscono piedi”, dice Cohn.

E poi, Cohn dice, lui e la collega ricercatrice Francisca Leal hanno trovato questo: I pitoni embrionali “fanno un modello pre-cartilagineo di tutti gli elementi scheletrici dell’arto. … Cominciano a formare una gamba completa fino al piede.”

“È stato assolutamente sconvolgente perché questo era come lo sviluppo di uno scheletro criptico della gamba in un embrione”, dice, aggiungendo che il potenziatore di arti Sonic hedgehog mutato alla fine non permette a questo arto criptico di crescere.

Cohn dice che questo indica un’interessante implicazione sul modo in cui i serpenti si sono evoluti nel corso di milioni di anni:

“Ci sono un certo numero di serpenti fossili con le gambe. I paleontologi hanno sostenuto che alcuni di questi antichi serpenti hanno mantenuto le zampe dei loro antenati, mentre altre specie si sono evolute dopo che le zampe sono state perse e, quindi, potrebbero averle riacquistate.”

Questo potrebbe essere perché i pitoni hanno mantenuto gran parte del macchinario molecolare per fare gli arti, secondo Cohn.

“È affascinante – come si ri-evolve una struttura che è stata persa? È piuttosto insolito”, dice.

“Ma ciò che questi risultati ci dicono è che forse non è stato un processo così impegnativo come potrebbe sembrare. Non hanno dovuto reinventare gli arti da zero. C’è già un notevole grado di sviluppo degli arti che avviene nell’embrione e se si conservano quelle strutture embrionali e si permette loro di completare lo sviluppo scheletrico, si hanno le gambe”.