I pettirossi marini sono pesci oceanici particolarmente adatti allo stile di vita sui fondali: le loro sei appendici a forma di zampe li rendono così abili nel muoversi velocemente, scavare e trovare prede che altri pesci tendono a stargli accanto e a rubarne il bottino
Un incontro casuale con questi strani pesci dotati di zampe nel 2019 presso il Marine Biological Laboratory (01) di Cape Cod è stato sufficiente a ispirare il dottor Corey Allard (02) a volerli studiare. «Abbiamo visto che avevano dei pettirossi marini in una vasca e ce li hanno mostrati, perché sanno che ci piacciono gli animali strani (03). I pettirossi sono un esempio di una specie con un tratto molto insolito e molto nuovo. Volevamo usarli come modello per chiedere, Come si crea un nuovo organo?», ha detto Allard, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio del dottor Nicholas Bellono (04), professore nel Department of Molecular and Cellular Biology (05). Il laboratorio di Bellono studia la biologia sensoriale e la fisiologia cellulare di molti animali marini, tra cui polpi (06), meduse (7) e lumache di mare.
La successiva immersione profonda di Allard nella biologia dei pettirossi ha portato a una collaborazione con i ricercatori di Stanford che studiano la genetica dello sviluppo del pesce e si è conclusa con articoli consecutivi su Current Biology, scritti in collaborazione da Bellono, Amy Herbert e David Kingsley alla Stanford University (08), e altri. Gli studi forniscono la comprensione più completa fino ad oggi su come i pettirossi marini usano le loro zampe, quali geni controllano l'emergere di quelle zampe e come questi animali potrebbero essere usati come quadro concettuale per gli adattamenti evolutivi.
Le “zampe” dei pettirossi marini sono in realtà estensioni delle loro pinne pettorali, di cui ne hanno tre su ogni lato. Il dottor Allard ha cercato innanzitutto di determinare se le “zampe” siano veri e propri organi sensoriali, cosa che gli scienziati avevano sospettato ma mai confermato. Ha condotto esperimenti osservando i pettirossi in cattività mentre cacciavano le prede, in cui alternavano brevi periodi di nuoto e “camminata”. Occasionalmente grattano anche la superficie della sabbia per trovare prede sepolte, come cozze e altri molluschi, senza segnali visivi. I ricercatori hanno capito che le zampe erano sensibili sia agli stimoli meccanici che a quelli chimici. Hanno persino seppellito capsule contenenti solo singole sostanze chimiche e i pesci riuscivano a trovarle facilmente.
La serendipità portò a un'altra scoperta fortuita. Ricevettero una nuova spedizione di pesci a metà studio che sembravano gli originali, ma i nuovi pesci, disse Allard, non scavavano e non trovavano prede sepolte o capsule come facevano gli originali. «Pensavo fossero solo dei bidoni, o forse l'organizzazione non aveva funzionato», ha ricordato Bellono ridendo.
Si è scoperto che i ricercatori avevano acquisito una specie diversa di pettirosso marino. Nei loro studi, hanno finito per caratterizzarli entrambi: Prionotus carolinus, che scava per trovare prede sepolte ed è altamente sensibile al tatto e ai segnali chimici, e P. evolans, che non ha queste capacità sensoriali e usa le zampe per la locomozione e la ricerca, ma non per scavare.
Esaminando le differenze delle “zampe” tra i due pesci, hanno scoperto che quelle della varietà che scava erano a forma di pala e ricoperte di protuberanze chiamate papille, simili alle nostre papille gustative. Le zampe del pesce che non scava erano a forma di bastoncino e non avevano papille. Sulla base di queste differenze, i ricercatori hanno concluso che le papille sono sottospecializzazioni evolutive.
L'articolo di Allard che descrive l'evoluzione dei nuovi organi sensoriali dei pettirossi marini includeva l'analisi di esemplari di pettirossi del Museum of Comparative Zoology per esaminare le morfologie delle zampe attraverso specie e tempi. Ha scoperto che le specie scavatrici sono limitate a poche località, il che suggerisce un'evoluzione relativamente recente di questa caratteristica.
Studiare le “zampe” del pettirosso di mare non significava solo passare del tempo con animali strani (anche se pure quello era divertente). I pesci camminatori sono un organismo modello potenzialmente potente per confrontare tratti specializzati e per insegnarci come l'evoluzione consenta l'adattamento ad ambienti molto specifici.
Circa 6 milioni di anni fa, gli esseri umani hanno sviluppato la capacità di camminare eretti, separandosi dai loro antenati primati. Il bipedismo è una caratteristica distintiva della nostra specie e sappiamo solo molto su come, quando e perché si è verificato questo cambiamento. I pettirossi di mare e il loro adattamento alla vita sul fondale oceanico potrebbero offrire indizi. Ad esempio, ci sono fattori di trascrizione genetica che controllano lo sviluppo delle “zampe” dei pettirossi che si trovano anche negli arti di altri animali, compresi gli esseri umani.
Il secondo studio incentrato sulla genetica ha coinvolto il laboratorio Kingsley di Stanford, la fisica italiana Agnese Seminara (09) e la biologa Maude Baldwin (10) del Max Planck Institute in Germania, e ha esaminato in modo esaustivo le basi genetiche dell'insolita caratteristica del pesce camminatore. I ricercatori hanno utilizzato tecniche tra cui editing trascrittomico e genomico per identificare quali fattori di trascrizione genica sono utilizzati nella formazione e nella funzione delle zampe nei pettirossi marini. Hanno anche generato ibridi tra due specie di pettirossi con forme di “zampe” distinte per esplorare la base genetica di queste differenze.
Il dottor Nicholas Bellono dice: «Amy e Corey hanno fatto molto per descrivere questo animale, e penso che sia piuttosto raro passare dalla descrizione del comportamento alla descrizione delle molecole, alla descrizione di un'ipotesi evolutiva. Penso che questo sia un bel modello di come si pone una domanda scientifica e la si segue rigorosamente con una mente curiosa e aperta».
Questa ricerca è stata pubblicata si Current Biology (11).
Riferimenti:
(01) Marine Biological Laboratory
(02) Corey Allard
(03) They’re less terrifying than you think — but still, those teeth
(04) Nicholas Bellono
(05) Department of Molecular and Cellular Biology
(06) Taking a lesson in evolutionary adaptation from octopus, squid
(07) How jellyfish and sea anemones know when (and when not) to sting
(08) The Kingsley Lab
(09) Agnese Seminara
(10) Maude Baldwin
(11) Evolution of novel sensory organs in fish with legs
Descrizione foto: Pettirosso di mare (Prionotus carolinus). - Credit: Anik Grearson.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: An idea with legs