Gli occhi delle meduse si sono evoluti in modo indipendente almeno otto volte!

Le meduse presentano un sistema nervoso non centralizzato. Un’analisi mostra che queste semplici creature marine hanno evoluto gli occhi più volte, trasformando le cellule precursori di base in una vasta gamma di utili sistemi visivi, in modo analogo a quanto accaduto in organismi più complessi


Gli occhi, dato anche il considerevole livello di variazione morfologico e fisiologico osservabile tra diversi taxa animali, restano una primaria fonte di studio per la comprensione dell’evoluzione di tratti biologici complessi. Inoltre, multiformi strutture oculari, originatesi più volte in modo indipendentemente, sono osservabili in animali bilaterali con elaborati sistemi nervosi appartenenti a vertebrati, molluschi ed artropodi, ma non solo. Occhi morfologicamente tra i più semplici, ma sempre in grado di formare immagini, e strutture visive ancora più semplici come gli ocelli caratterizzano anche molte specie animali con sistemi nervosi di minore complessità, come le meduse.

Le meduse appartengono agli Cnidari, tra i più antichi animali non-bilaterali conosciuti, phylum che include anche gli anemoni di mare e i coralli. Questi organismi non posseggono un sistema nervoso centrale ed utilizzano, per l’elaborazione delle informazioni, un insieme di diffuse reti neurali connesse a regioni di neuroni condensati.

In un recente articolo pubblicato su Current Biology il gruppo di studio coordinato dalla ricercatrice Picciani, del Dipartimento di Ecologia, Evoluzione e Biologia Marina dell’Università della California, afferma che anche nelle meduse, in modo analogo a quanto è accaduto nei bilateri, le strutture oculari si sono originate, a partire da proteine e cellule fotosensibili preesistenti, più volte e in modo indipendente durante la loro lunga storia evolutiva.

Si è giunti a questa conclusione grazie all’esame di un vasto set di dati genetici da cui dedurre le reazioni di parentela relative a 1.102 diverse specie di cnidari appartenenti ad un ampio numero di differenti taxa. Dall’analisi dell’albero filogenetico prodotto i ricercatori sono stati in grado di determinare che, utilizzando le stime più conservative, gli occhi si sono originati almeno otto volte in modo indipendente in diversi taxa, a partire da un antenato comune degli Cnidari che ne era privo.

Risultati che non sono in contrasto, anzi ne descrivono la causa, con le precedenti osservazioni riguardanti le differenze che caratterizzano, nelle strutture oculari dei differenti gruppi di meduse oggetto di studio, dettagli relativi alla morfologia, fisiologia e sviluppo embrionale, ad esempio la presenza o l’assenza di lenti, o l’utilizzo di diversi sistemi molecolari e diverse varianti di opsine per il rilevamento della luce.

Le opsine sono una famiglia di proteine con ruolo essenziale nella trasduzione dello stimolo luminoso in segnale elettrico in tutti gli organismi che abbiano strutture abili a qualche forma di visione, presenti quindi anche negli occhi di animali più sofisticati, uomo compreso. 

Inoltre grazie ad un’ampia ricerca bibliografica finalizzata alla ricostruzione dell’evoluzione molecolare delle opsine negli Cnidari, il gruppo di studio ha osservato di come anche il processo di cooptazione di differenti geni paraloghi (geni che originano da un unico gene ancestrale) delle opsine risulta coerente con le multiple origini delle strutture oculari osservate negli organismi medusoidi di diversa progenie.

Le analisi supportano anche l’ipotesi che l’antenato comune degli attuali Cnidari, che non presentava occhi, era in grado di percepire la luce grazie alle cellule fotorecettrici, contenenti opsine, nel corpo in vario modo disperse. Questa fotosensibilità ancestrale, che precede ed è fondamento per l’evoluzione delle strutture oculari, ampiamente diffusa nel phylum e non esclusiva delle specie con occhi o ad essere strettamente imparentate, è necessaria per lo svolgimento di importanti funzioni fisiologiche come regolare i cicli relativi alla riproduzione, o attivare l’azione degli cnidociti.

Riassumendo, occhi ed ocelli dei Cnidari si sono quindi evoluti più volte da cellule fotorecettrici ancestrali extraoculari, e non attraverso stadi di una singola linea di evoluzione graduale, proliferando in assenza di un sistema nervoso centrale, usando diversi paraloghi delle opsine, diversa organizzazione morfologica e diversi processi di sviluppo.

Risultati che ulteriormente sottolineano l’importanza dei processi di evoluzione convergente, ovvero l’origine indipendente di caratteristiche simili in specie di diversi lignaggi utilizzando semplici elementi costitutivi preesistenti per produrre, con differenti percorsi, strutture analoghe con forme o funzioni simili non presenti nell’ultimo antenato comune del gruppo.


Riferimenti:
Natasha Picciani, Jamie R. Kerlin, Noemie Sierra, Andrew J.M. Swafford, M. Desmond Ramirez, Nickellaus G. Roberts, Johanna T. Cannon, Marymegan Daly, Todd H. Oakley. Prolific Origination of Eyes in Cnidaria with Co-option of Non-visual Opsins. Current Biology 28, 1–7 August 6, 2018

Immagine: By Jan Bielecki, Alexander K. Zaharoff, Nicole Y. Leung, Anders Garm, Todd H. Oakley [CC BY 4.0], via Wikimedia Commons