Da dove vengono le corna?

Uno studio sui coleotteri rivela come la comparsa di alcuni tratti morfologici innovativi dal punto di vista evolutivo, come le corna protoraciche di alcuni coleotteri, abbiano origine a partire da tessuti omologhi preesistenti per azione di network genetici altamente conservati, come quelli che presiedono allo sviluppo delle ali


Comprendere come compaiono tratti nuovi è una sfida fondamentale per la biologia evoluzionistica. Sebbene la definizione comunemente accettata di “novità” implichi l’assenza di omologia con i tratti ancestrali, numerose scoperte in diversi taxa hanno sottolineato che una via preferenziale di innovazione morfologica è quella che deriva dalla riproposizione di moduli di sviluppo conservati al di fuori del loro contesto di sviluppo tradizionale. In pratica, moduli di sviluppo che in un gruppo di specie generano una determinata struttura morfologica, in un gruppo derivato ne generano una differente con una diversa funzione.

Uno studio, condotto dai ricercatori dell’Università dell’Indiana e pubblicato su Science, dimostra che i geni HOX implicati nello sviluppo delle ali (e conservati in molti gruppi di insetti) sono funzionali per istruire lo sviluppo delle corna protoraciche (un classico esempio di innovazione evolutiva), in almeno tre specie di coleotteri appartenenti al genere Ontophagus. Una volta innescato, il processo funzionale per lo sviluppo delle corna protoraciche diverge marcatamente da quello delle ali e dagli altri omologhi seriali.

L’origine delle ali negli insetti ha alimentato un dibattito secolare culminato nella fusione delle due ipotesi più accreditate in una sola teoria secondo cui le ali (posizionate nei segmenti T2 e T3) sono strutture composite che si formano grazie al contributo di elementi che derivano sia dalla placca dorsale (terga) che dagli antichi elementi prossimali delle zampe riassorbiti nella parete interna dei segmenti (pleura).

Precedenti ricerche effettuate sui coleotteri appartenenti ai generi Tribolium e Tenebrium hanno rivelato che tessuti di origine pleurale e tergale (dorsale) erano presenti anche in strutture bilaterali morfologicamente distinte, nei segmenti privi di ali, come per esempio le mascelle addominali specifiche della pupa di Zophobras atratus (appartenente alla famiglia dei Tenebrionidi). Questi risultati supportano l’idea che alcune strutture innovative morfologicamente distinte dalle ali si siano sviluppate nei segmenti adiacenti, a partire dagli stessi pattern genetici delle ali, come appunto le corna protoraciche di Ontophagus che rappresentano uno degli esempi più eclatanti di caratteri sessuali secondari del regno animale.

Per verificare se le corna protoraciche derivano dai geni omologhi tergali delle ali, i ricercatori hanno valutato l’attività di questo pattern genetico in tre specie di coleotteri del genere Ontophagus, nella fattispecie O. sagittarius, O. taurus e O.binodis, che riflettono il massimo grado di diversità nello sviluppo delle corna protoraciche riscontrabile negli scarabeidi. Utilizzando la tecnica del RNA interferente (RNAi) i ricercatori hanno silenziato l’espressione di sei geni coinvolti nella formazione delle ali (vestigial, apterous, nubbin, cubitus interruptus, dishevelled) dimostrando che questo silenziamento, non solo risultava nella prevedibile marcata riduzione dello sviluppo delle ali, ma provocava anche il mancato sviluppo delle corna nel protorace in tutte e tre le specie esaminate.

Questo studio dimostra che le corna protoraciche di questi coleotteri condividono la loro origine con le ali, in quanto derivano dai tessuti tergali bilaterali. Inoltre, i geni del pattern di sviluppo delle ali sono basilari per istruire il processo di differenziazione delle corna nel protorace. Ciò significa che l’innovazione morfologica piuttosto che emergere in assenza di omologia (Pikaia ne ha parlato qui) può essere avviata attraverso di essa in corrispondenza di un background trascrizionale struttura-specifico.


Riferimenti:
Yonggang Hu, David M. Linz, Armin P. Moczek; Beetle horns evolved from wing serial homologs; Science  22 Nov 2019:Vol. 366, Issue 6468, pp. 1004-1007 DOI: 10.1126/science.aaw2980

Immagine: Siga [CC BY-SA 4.0], via Wikimedia Commons