Anemoni e meduse riscrivono l’evoluzione dello sviluppo embrionale

Mentre bilateri come vertebrati, insetti e vermi si sviluppano da tre foglietti embrionali, animali come meduse e coralli si formano partendo solo da due. Come si sono moltiplicati questi strati di cellule che si dividono il compito di formare tutti gli organi, e quale dei due ha dato origine al terzo, mancante negli animali più semplici? Un articolo cerca di fare luce su uno degli eventi fondamentali per l’evoluzione della complessità animale

Negli embrioni dei bilateri in via di sviluppo si vengono a formare tre distinti strati cellulari chiamati foglietti embrionali, l’ectoderma all’esterno, l’endoderma all’interno e il mesoderma tra questi due. L’ectoderma forma ad esempio l’epidermide e il sistema nervoso, l’endoderma il tratto digerente e le ghiandole annesse (pancreas, fegato), mentre il mesoderma dà origine ad ossa, muscoli, sistema circolatorio e parte delle gonadi.

Meduse, anemoni & Co. (Cnidari) hanno invece solo i primi due, ma in questi animali l’endoderma contribuisce a formare anche alcune delle strutture che nei bilateri derivano dal mesoderma, e viene per questo chiamato anche mesendoderma.

Queste ed altre osservazioni hanno portato i biologi a concludere che l’endoderma degli Cnidari abbia dato origine sia a quello dei bilateri che al loro mesoderma. Ma è davvero tutto così semplice, tenuto conto di quanto poco sappiamo dello sviluppo di queste creature?

In uno studio pubblicato su Nature Ecology and Evolution, il gruppo di ricerca guidato da Ulrich Technau dell’Università di Vienna ha cercato di approfondire i rapporti di “parentela” tra i nostri foglietti embrionali e quelli di una specie molto più semplice e primitiva, Nematostella vectensis, l’anemone più famoso per biologi evoluzionisti e appassionati di Evo-devo.

Inizialmente, i ricercatori hanno trapiantato diversi gruppi di cellule provenienti da individui “fluorescenti” in altri animali non transgenici. Seguendo il destino di queste cellule marcate, gli autori hanno osservato chiaramente che parte del tratto digerente, la faringe, aveva sorprendentemente origine ectodermica in questi animali, al contrario di quanto avviene nell’uomo. Inoltre, alcuni enzimi digestivi e geni simili alla nostra insulina (tipicamente espressi dalle cellule del pancreas) erano espressi in cellule che si erano formate a partire dall’ectoderma dell’anemone.

I ricercatori si sono poi chiesti se queste cellule avessero anche dei meccanismi di sviluppo e differenziazione simili a quelli del nostro pancreas, nonostante il loro diverso tessuto di origine. Per questo, hanno analizzato in quali cellule erano espressi quei “geni-interruttore” che attivano nei bilateri le istruzioni molecolari specifiche dell’endoderma (e più precisamente quelle per lo sviluppo e la differenziazione del pancreas). La maggior parte di questi era espressa nell’ectoderma della faringe, dimostrando ancora una volta che negli Cnidari questo tessuto possiede non solo tipologie di cellule, ma anche istruzioni di sviluppo, del tutto simili a quelle del nostro endoderma. Questi risultati riscrivevano completamente le relazioni di parentela tra foglietti embrionali ritenute valide per decenni.

Al contrario, i tessuti deputati ad immagazzinare grassi e zuccheri in N. vectensis (la parte somatica della gonade ed un particolare muscolo) avevano un origine endodermica, sebbene i tessuti corrispondenti nei bilateri derivino dal mesoderma. Inoltre, geni responsabili di attivare istruzioni “mesodermiche” nei bilateri erano espressi in tessuti che si erano originati dall’endoderma dell’anemone.

Secondo gli autori, quindi, parte del nostro endoderma si sarebbe originato da un successivo ripiegamento dell’ectoderma, mentre il nostro mesoderma deriverebbe effettivamente da parte dell’endoderma “originale”. Il mesoderma, quindi, non sarebbe un’invenzione dei bilateri: i tessuti embrionali corrispondenti ai tre foglietti tipici dei bilateri esistevano tutti già nell’antenato comune tra noi e le meduse. Una straordinaria complessità dietro una semplicità solo apparente.

 

Referenza:
Patrick R. H. Steinmetz, Andy Aman, Johanna E. M. Kraus, Ulrich Technau. Gut-like ectodermal tissue in a sea anemone challenges germ layer homology. Nature Ecology & Evolution, 2017; DOI: 10.1038/s41559-017-0285-5


Immagine: Patrick R. H. Steinmetz